复合材料力学与结构设计PDF电子书下载

第1篇 复合材料导论 3

第1章 复合材料的构造、特性、应用及发展 3

1.1引言 3

1.2复合材料的分类 4

1.3复合材料的构造与特性 6

1.4复合材料的优点和缺点 8

1.4.1复合材料的优点 8

1.4.2复合材料的缺点 10

1.5复合材料的应用 11

1.6复合材料的发展 16

思考题与习题 20

第2篇 复合材料力学 25

第2章 单层板的宏观力学分析 25

2.1单层板的正轴刚度 25

2.2单层板的偏轴刚度 34

2.2.1应力转换和应变转换 34

2.2.2单层板的偏轴模量 38

2.2.3单层板的偏轴柔量 42

2.2.4单层板的偏轴工程弹性常数 44

2.3单层板的强度 50

2.3.1正交各向异性单层板的基本强度 50

2.3.2最大应力强度准则和最大应变强度准则 51

2.3.3蔡-希尔（Tsai-Hill）强度准则 53

2.3.4霍夫曼（Hof fman）强度准则 53

2.3.5蔡-吴（Tsai-Wu）张量准则 53

2.3.6单层板强度的计算方法 57

2.4单层板的三维应力-应变关系 62

2.4.1各向异性线弹性材料的应力-应变关系 62

2.4.2单对称材料的应力-应变关系 63

2.4.3正交各向异性单层的应力-应变关系 63

2.4.4横观各向同性单层的应力-应变关系 64

2.4.5正交各向异性单层的三维工程弹性常数 65

2.4.6与平面应力状态的关系 66

思考题与习题 67

第3章 层合板的宏观力学分析 69

3.1引言 69

3.2对称层合板的面内刚度 72

3.2.1面内力-面内应变的关系 72

3.2.2对称层合板的面内工程弹性常数 74

3.2.3面内刚度系数的计算 75

3.2.4几种典型对称层合板的面内刚度 76

3.3一般层合板的刚度 84

3.3.1经典层合板理论 84

3.3.2对称层合板的弯曲刚度系数计算 91

3.3.3一般层合板的刚度系数计算 94

3.3.4几种典型层合板的刚度 96

3.3.5平行移轴定理 102

3.4层合板的强度 103

3.4.1层合板各单层的应力计算与强度校核 103

3.4.2层合板的强度 106

3.5层合板的湿热效应 109

3.5.1单层板的湿热变形 109

3.5.2考虑湿热应变的单层板应力与应变关系 110

3.5.3考虑湿热应变的层合板内力与应变关系 111

3.5.4层合板的湿热应变 111

3.5.5层合板的残余应变和残余应力 112

3.5.6考虑残余应力的层合板强度计算 113

思考题与习题 113

第4章 单层板的细观力学分析 115

4.1引言 115

4.2复合材料的密度和组分材料的含量 116

4.3单向连续纤维增强复合材料弹性常数的预测 118

4.3.1串联模型的弹性常数 118

4.3.2并联模型的弹性常数 121

4.3.3植村-山胁的经验公式 122

4.3.4组合模型的弹性常数 123

4.3.5哈尔平-蔡（Halpin-Tsai）方程 126

4.3.6蔡-韩（Tsai-Hahn）的修正公式 127

4.4单向连续纤维增强复合材料基本强度的预测 129

4.4.1纵向拉伸强度Xt 129

4.4.2纵向压缩强度Xc 131

4.5正交织物复合材料弹性常数和基本强度的预测 133

4.5.1正交织物复合材料的弹性常数 134

4.5.2正交织物复合材料的基本强度 135

4.6短纤维增强复合材料的细观力学分析 135

4.6.1应力传递理论 136

4.6.2单向短纤维增强复合材料的弹性常数和强度 139

4.6.3平面随机取向短纤维增强复合材料的弹性常数和强度 140

4.6.4空间随机取向短纤维增强复合材料的弹性常数和强度 140

4.6.5短切纤维毡增强复合材料的弹性常数和强度 140

4.7颗粒增强复合材料的弹性常数和强度 141

4.8湿热膨胀系数的细观力学分析 141

4.8.1纵向热膨胀系数α1 141

4.8.2横向热膨胀系数α2 143

4.8.3纵向湿膨胀系数β1 144

4.8.4横向湿膨胀系数β2 145

思考题与习题 145

第3篇 复合材料结构设计基础 149

第5章 复合材料连接分析与设计 149

5.1复合材料连接特点 149

5.2胶接连接设计 150

5.2.1胶接连接的破坏形式 150

5.2.2胶接连接设计基础 151

5.2.3搭接接头的极限承载力分析 153

5.3机械连接设计 157

5.3.1机械连接的破坏形式 157

5.3.2机械连接设计基础 158

5.3.3机械连接强度校核 162

5.3.4机械连接设计和强度校核举例 163

思考题与习题 166

第6章 复合材料结构设计基础 167

6.1复合材料结构设计过程 167

6.2原材料的性能及其选择 169

6.2.1选材的基本原则 169

6.2.2增强材料的种类 170

6.2.3增强材料的选择 185

6.2.4树脂基体 186

6.2.5耐腐蚀复合材料的树脂基体 190

6.2.6树脂基体的选择 194

6.3复合材料成型工艺选择 197

6.4复合材料层合板的力学性能 200

6.5层合板设计 200

6.5.1层合板设计的一般原则 201

6.5.2等代设计法 204

6.5.3准网络设计法 204

6.5.4层合板排序设计法 206

6.5.5毯式曲线设计法 207

6.5.6层合板优化设计法 209

6.6结构设计 211

6.6.1结构设计的一般原则 211

6.6.2结构设计应考虑的工艺性要求 212

6.6.3许用值的确定 212

6.6.4安全系数的确定 214

6.7典型结构件设计 216

6.7.1承拉杆件 216

6.7.2承压杆件 216

6.7.3承扭杆件 218

6.7.4承弯杆件 218

6.7.5板状构件 222

6.7.6壳状构件 223

6.8复合材料结构形式的分类及其选择 223

思考题与习题 225

第4篇 复合材料典型产品设计 229

第7章 纤维缠绕压力容器设计 229

7.1引言 229

7.2网络理论 230

7.3纤维缠绕内压容器筒身段的网络理论 231

7.3.1单螺旋缠绕筒身段 231

7.3.2双螺旋缠绕筒身段 233

7.4纤维缠绕内压容器封头段的网络理论 235

7.4.1封头段的基本方程 235

7.4.2等应力封头 238

7.4.3平面缠绕封头 240

7.4.4封头形式的选择与封头补强 242

7.5纤维缠绕内压容器设计实例 244

思考题与习题 247

第8章 复合材料贮罐设计 249

8.1引言 249

8.2层合结构设计 251

8.2.1贮罐罐壁的层合结构 251

8.2.2单位载荷设计法 252

8.2.3强度设计与铺层设计同时进行法 255

8.2.4层合结构的厚度计算 256

8.3卧式复合材料贮罐的结构设计与计算 257

8.3.1鞍座设计 257

8.3.2卧式贮罐受力分析 259

8.3.3贮罐筒体强度设计与校核 263

8.3.4封头设计 266

8.3.5设计实例 269

8.4立式复合材料贮罐的结构设计与计算 272

8.4.1立式贮罐内力分析 272

8.4.2立式贮罐的顶盖和罐底设计 273

8.4.3立式贮罐支座设计 274

8.5拼装式复合材料贮罐 276

8.6复合材料贮罐的零部件设计 278

8.6.1贮罐的开孔与补强 278

8.6.2贮罐进出口管和人孔 278

8.7复合材料贮罐的制造 280

8.7.1原材料的选择 281

8.7.2贮罐的制造 282

思考题与习题 284

第9章 复合材料管道设计 285

9.1引言 285

9.2架空管的设计 287

9.2.1管道壁厚的计算 287

9.2.2管道跨度计算 288

9.3地下埋设管的设计 290

9.3.1地下管载荷计算 290

9.3.2地下复合材料管的压力校核 292

9.3.3地下复合材料管的弯曲强度和刚度校核 293

9.3.4组合载荷 296

9.3.5地下复合材料管的稳定性校核 297

9.3.6地下复合材料管的轴向应力 298

9.3.7设计计算实例 298

9.4复合材料管的制造 301

9.4.1不同制管工艺的比较 301

9.4.2缠绕工艺制造定长管 303

9.5复合材料管道连接 305

思考题与习题 308

第10章 复合材料叶片设计 309

10.1引言 309

10.2复合材料叶片结构设计 311

10.2.1叶片的气动设计 311

10.2.2叶片纵剖面的结构形式 312

10.2.3叶片横剖面的结构形式 312

10.2.4铺层设计 313

10.2.5叶根设计 316

10.3复合材料叶片的强度、刚度和频率计算 317

10.3.1叶片的强度计算 318

10.3.2叶片的刚度计算 321

10.3.3叶片的频率计算 321

10.4复合材料叶片的工艺设计 322

10.4.1原材料的选择 322

10.4.2叶片成型模具 324

10.4.3叶片成型工艺 325

10.5复合材料叶片的试验工作 329

思考题与习题 330

第11章 复合材料冷却塔设计 331

11.1引言 331

11.2冷却塔构造设计 335

11.2.1空气分配装置 335

11.2.2淋水填料 335

11.2.3布水系统 336

11.2.4收水器 337

11.2.5风机 337

11.2.6减速机 338

11.2.7塔体 338

11.2.8降低噪声 339

11.3冷却塔热力计算 340

11.4玻璃钢冷却塔塔体结构设计 343

11.4.1上塔体薄膜应力的计算 343

11.4.2下塔体计算 345

11.4.3安全系数 346

11.5玻璃钢冷却塔塔体成型工艺设计 346

11.5.1模具制作 346

11.5.2冷却塔塔体手糊成型工艺 348

11.6冷却塔的选型与使用 349

思考题与习题 350

附录A复合材料国家标准目录汇编 351

附录B复合材料管道、贮罐及容器常用标准目录汇编 355

参考文献 359